半導體量子點中的非線性光整流效應.pdf

1、非線性光學是現(xiàn)代光學領域十分重要的一個分支，它是自激光出現(xiàn)以后而發(fā)展起來的一門重要學科，隨著研究的日趨成熟，非線性光學在光纖通信、光計算、光譜技術、激光技術以及物質結構分析等方面具有重要的應用價值，同時也促進了其他科學領域的發(fā)展.
　　由于理想的非線性光學材料要求其具有較快的響應速度、較大的非線性極化率以及較小的閾值功率，而大量的科學研究證明，人工合成的低維半導體材料正符合上述要求.在低維半導體材料中，由于量子局域效應的存在，使得

2、其非線性光學效應更加明顯.因此，研究低維半導體材料中的非線性光學性質具有十分重要的意義.
　　本文針對Ⅲ-Ⅴ族及Ⅱ-Ⅵ族低維半導體材料在非線性光學性質方面所體現(xiàn)出的特性，首先在有效質量近似下利用變分法研究了外電場下閃鋅礦結構GaN/AlxGa1-xN橢球形量子點中的非線性光整流效應.其次，我們研究了外電場下球形量子點中極化子對非線性光整流效應的影響，考慮了局域光學聲子和界面光學聲子分別與電子和雜質的相互作用，最后，研究了外電場下球

3、形量子點中激子的非線性光整流效應.
　　數(shù)值計算結果表明，由于量子局域效應的存在，在橢球形量子點中可以獲得很明顯的光整流效應.橢球形狀、量子點尺寸、外加電場、Al組分等對光整流效應有著十分重要的作用.橢球常數(shù)的增加會使光整流系數(shù)峰值減小且峰值位置向光子能量小的方向移動，即相對于扁平形橢球量子點，扁長形橢球量子點使光整流系數(shù)峰值減小并向光子能量小的方向移動.另外，外電場強度和量子點尺寸的增加使光整流系數(shù)峰值增加并向光子能量小的方向移

4、動.相對于扁平形橢球量子點，電場對扁長橢球量子點中的光整流效應作用更加明顯.此外，我們還發(fā)現(xiàn)隨著Al組分的增加，光整流系數(shù)峰值單調遞減，而峰值位置向光子能量大的方向移動.
　　其次，考慮了局域光學聲子和界面光學聲子分別與電子和雜質的相互作用，通過對外電場下Zn1-xCdxSe/ZnSe球形量子點中極化子對非線性光整流效應的影響研究發(fā)現(xiàn)，極化子對光整流效應有著十分明顯的影響.計算結果表明，在考慮極化子效應后，光整流系數(shù)峰值明顯高于未

5、考慮極化子效應的情形，且光整流系數(shù)峰值產(chǎn)生紅移現(xiàn)象，尤其當量子點尺寸或Cd組分較小時，產(chǎn)生的紅移更為明顯.另外，無論是否考慮極化子效應，量子點尺寸以及電場強度的增加會使光整流系數(shù)峰值增加并向光子能量小的方向移動.隨著Cd組分的增加，光整流系數(shù)峰值減小并向光子能量大的方向移動.此外，考慮極化子效應與未考慮極化子效應兩種情形下的光整流系數(shù)峰值差隨著電場強度的增加而增加，而隨Cd組分的增加而減小，另一方面，不同的光學聲子模式對光整流效應影響不

6、同，相比于局域聲子，界面聲子對光整流效應產(chǎn)生的影響更為明顯，
　　最后，通過對外電場下GaAs/AlxGa1-xAs球形量子點中激子非線性光整流效應的研究，發(fā)現(xiàn)在考慮激子效應后，光整流系數(shù)峰值明顯高于單電子態(tài)情形，而峰值位置沒有發(fā)生改變.考慮庫侖作用使激子光整流系數(shù)峰值增加并向光子能量高的方向移動.另外，隨著電場強度的增加，光整流系數(shù)峰值先增加后減小，且峰值位置向光子能量低的方向移動.隨著量子點尺寸的增加，光整流系數(shù)峰值增加并向光